Signaling in cellular mobile telecommunications (tín hiệu trong viễn thông di Động cơ bản

Giới thiệu về Signaling Tín hiệu Signaling la quá trình truyền tải các thông điệp hoặc tín hiệu giữa các thành phần trong mang để kiểm soát, quản lý và điều hướng các cuộc øỌI, tin nhắn

BO CONG THUONG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

A

INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HOCHIMINH CITY

BAO CAO TIEU LUAN MÔN: Hệ thống viễn thông

DE TAI:

Signaling in Cellular Mobile Telecommunications (Tín hiệu trong Viễn thông Di động Cơ bản)

Giáo viên: Hà Thị Đẹp

TP HO CHT MINH, NAM 2024

STT Thành viên nhóm MSSV

2 Trịnh Minh Trí 21087531

3 _ | Bùi Minh Tuấn 21080701

Mục lục

LLOI MO DAU

4

II.Phần nội dung

4

1 Giới thiệu về Cellular Mobile Telecommunications (Viễn thông di động

Tích hợp)

III Phan kết

11

LLOI MO DAU

Trong thế ký 21, viễn thông di động không chỉ là một phần không thê thiếu trong cuộc sống hàng ngày mà còn là hệ thông nền tảng quan trọng đẳng sau sự

kết nối và giao tiếp toàn cầu Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ di động

đã mở ra một thế giới mới với hàng tý người dùng kết nối mọi lúc mọi nơi

Tuy nhiên, bên dưới bề mặt của sự kỳ diệu và tiện ích của viễn thông di động

là một hệ thống phức tạp của tín hiệu và giao thức, làm cho mọi cuộc gọi, tin

nhắn, và dữ liệu truyền qua không đây trở nên có thể Trong đó, hiểu biết và quản

lý tín hiệu là một phần không thể thiếu để đảm bảo sự liên lạc mạnh mẽ và ôn

định giữa các thiết bị di động

Đề tải này nhấn mạnh vào ý nghĩa của tín hiệu trong viễn thông di động tích hợp, tập trung vào việc hiểu và phân tích cach ma các tín hiệu nảy được tạo ra, truyền tải và xử lý trong các hệ thông đi động hiện đại như GSM, UMTS, LTE

và 5G Chúng tôi sẽ đi sâu vào các khía cạnh ly thuyết và thực tiễn của tín hiệu,

từ cơ bản nhất như tần số và biên độ, đến các giao thức phức tạp và quá trình kết

nối piữa các thiết bị

Cuối cùng, chúng tôi hy vọng rằng việc tìm hiểu về tin hiệu trong viễn thông

di động sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách mà công nghệ đi động hoạt động, đồng thời cung cấp cơ sở cho sự phát triển và cải thiện của các dịch vụ di động trong tương lai

II.Phần nội dung

1.Giới thiệu về Cellular Mobile Telecommunications (Viễn thông di động

Tích hợp)

Cellular Mobile Telecommunications (CMT) là hệ thống viễn thông di động được thiết kế đề kết nối các thiết bị di động trên toàn cầu thông qua mạng không

dây

Vai trò của CMT là cung cấp kết nối di động linh hoạt và tiện lợi cho người dung, cho phép họ truy cập vào các dịch vụ như cuộc gọi thoại, tin nhắn, truy cập Internet và dịch vụ kỹ thuật số khác mọi lúc mọi nơi

Lịch sử và Phát triển của Viễn Thông Di động:

-GSM (Hệ thống Di động Toàn cầu): Xuất hiện vào những năm 1980, GSM là một trong những công nghệ di động đầu tiên và phô biến nhất Nó cung cấp dịch

vụ thoại di động đầu tiên và đã tiến hành nhiều cải tiễn trong việc mở rộng phạm

vi dịch vụ

-UMTS (Hệ thông Viễn thông Di động Phô biến): UMTS là một bước tiến lớn

trong phát triển của viễn thông di động, đặc biét la trong khả năng truy cập đữ liệu nhanh và linh hoạt hơn Nó cung cấp dịch vụ 3G và mở ra cánh cửa cho việc truyền dẫn đữ liệu kỹ thuật số với tốc độ cao

-LTE (Tiến hóa Dài hạn): LTE là công nghệ đi động tiếp theo, mang lại tốc độ

truyền dẫn dữ liệu 4G nhanh hơn và độ trễ thấp hơn Nó cũng cung cấp sự linh

hoạt cao hơn trong việc quản lý tài nguyên mạng và hỗ trợ các dịch vụ mới như video HD và truy cập Internet nhanh chóng

-5G (Thé hé tiếp theo): 5G là một bước tiễn đột phá trong viễn thông di động,

mang lai tốc độ truyền dẫn dữ liệu siêu nhanh, độ trễ gan như không va khả năng kết nối hàng tỷ thiết bị đồng thời Nó không chỉ cải thiện hiệu suất của mạng mà còn mở ra các ứng dụng mới như tự động hóa, xe tự lái và thực tế ảo

2 Giới thiệu về Signaling (Tín hiệu)

Signaling la quá trình truyền tải các thông điệp hoặc tín hiệu giữa các thành phần trong mang để kiểm soát, quản lý và điều hướng các cuộc øỌI, tin nhắn, đữ liệu và các dịch vụ khác

Vai tro cua signaling trong vién thong di động là đảm bảo rằng các cuộc gọi và dịch vụ di động được thiết lập, duy trì và kết thúc một cách chính xác và hiệu

qua Signaling giúp các thiết bị và hệ thống mạng giao tiếp với nhau, xác định và thực hiện các chức năng cần thiết đề hỗ trợ các dịch vụ và quản lý tài nguyên

mạng

C6 2 loai Signaling:

-Control Signaling (Tín hiệu Kiểm soát): Là các tín hiệu được sử dụng đề điều

khiến quá trình kết nối, quản lý tài nguyên và thực hiện các chức năng quản lý mạng Ví dụ bao gồm các thông điệp đề thiết lập cuộc gọi, chuyên giao kết nỗi gitra cac tram cơ sở, và xác định dịch vụ được sử dụng

User Signaling (Tín hiệu Người đùng): Là các tín hiệu được sử dụng để truyền tải

dữ liệu giữa các thiết bị di động và hệ thống mạng để thực hiện các địch vụ như cuộc gọi thoại, tin nhắn, truy cập Internet và truyền dữ liệu kỹ thuật s6 User

signaling chịu trách nhiệm về việc chuyên tiếp thông tin người dùng giữa các

thiết bị và mạng

3 Giao thức và ứng dụng Signaling trong các Hệ thống Di động :

Trong các hệ thống di động phố biến như GSM, UMTS, LTE, va 5G, giao

thức siønaling đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiên và quản lý các cuộc gọi, truy cập dịch vụ, và kết nối giữa các thiết bị di động và hệ thống mạng Dưới đây là một phân tích về giao thức sienaling trong các hệ thống di động này:

GSM (Hệ thống Di động Toàn cầu): Giao thức sienaline chính được sử dụng

trong GSM la GSM Signaling System Number 7 (SSŠ7) Trong GSM, các cuộc

gọi và dịch vụ khác như tin nhắn và truy cập dữ liệu được điều khiển bằng các

thông điệp signaling được trao đổi giữa các thành phần như Mobile Station (MS),

Base Station Subsystem (BSS), va Network Switching Subsystem (NSS) Cac phuong phap giao tiép signaling trong GSM bao g6m MAP (Mobile Application Part) va ISUP (ISDN User Part) trong $87

UMTS (Hệ thống Viễn thông Di động Phô biến): Trong UMTS, giao thức

signaling chu yéu dugc su dung 1a Signaling System Number 7 (SS7) và IP-

based signaling Các thông điệp sipnaling được sử dụng để thiết lập và duy trì kết nối giữa MS và mạng, cũng như đề điều khiến truy cập dịch vụ và quản lý tài

nguyén mang Giao tiép signaling trone UMTS có thê thực hiện qua các giao

thức như RANAP (Radio Access Network Application Part) và RRC (Radio

Resource Control)

LTE (Tiến hóa Dài hạn): Trong LTE, giao thức signaling được thiết kế để hỗ trợ truyền tải dữ liệu kỹ thuật số với tốc độ cao và hiệu suất tốt hơn Giao tiếp

sienaline trong LTE được thực hiện thông qua giao thức S1AP (S1 Application Part) gitrta E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) và EPC (Evolved Packet Core) Cac thông điệp signaling trong LTE duoc sử dụng

dé diéu khién truy cập dịch vụ, quản lý kết nối, và xử lý các sự kiện như

handover gitta các trạm cơ sở

5G (Thế hệ tiếp theo): Trong 5G, giao thức sienaline được cải tiến để hỗ trợ

các yêu câu cao hơn về tốc độ, dung lượng và độ trễ Giao tiếp signaling trong

5G có thể sử dung giao thirc SBI (Service Based Interface) gitra cac thành phần cua mang 5G, cting nhu giao thire SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

va HTTP/2 cho truyền tải đữ liệu kỹ thuật số Cac thong diép signaling trong 5G được thiết kế đề hỗ trợ các tính năng mới như network slicing, edge computing,

va massive IoT

Tóm lai, giao thirc signaling trong các hệ thống di động phố biến như GSM, UMTS, LTE, va 5G dong vai trò quan trong trong việc điều khiến và quan lý kết nối, truy cập dịch vụ, và xử lý đữ liệu trong mạng di động Các phương pháp giao tiếp signaling và các thông điệp được trao đối giữa các thành phần mạng được thiết kế để đảm bảo hiệu suất và tin cậy của hệ thông

Ứng dụng :

Ứng dụng của signaling trong mang di déng la rất đa dạng và quan trong dé đảm bảo hoạt động én định và hiệu quả của hệ thống Dưới đây là một số ứng

dụng chính của sipnaling trone mạng di động:

Thiết lập và Quản lý Kết nối: Signaling duoc str dung dé thiét lap va quan ly kết nối gitra cac thiét bi di dong va hé thống mạng Khi một cuộc gọi hoặc dịch

vụ được khởi động, sipnaline được sử dụng để thiết lập kết nối và xác thực người dùng

Quan ly Tai nguyén Mang: Signaling cung cap co ché dé quản lý tài nguyên mạng như băng thông, tần số, và công suất truyền tải Các thông điệp signaling được sử dụng đề phân bồ tài nguyên mạng một cách hiệu quả và đáp ứng nhu cầu của người dùng

Chuyén giao va Handover: Signaling duoc su dung dé diéu khién qua trình chuyên giao kết nối giữa các trạm cơ sở khi một thiết bị di động di chuyển từ

vùng phủ sóng này sang vùng khác Điều này đảm bảo răng cuộc gọi hoặc dịch

vụ không bị gián đoạn khi di động

Quan ly Dich vu: Signaling cung cap kha nang quan ly các dịch vụ di động như cuộc gọi thoại, tin nhắn, truy cập Internet, và dịch vụ kỹ thuật số khác Các thông điệp signaling được sử dụng đề kích hoạt, điều khiến và kết thúc các dịch

vụ này

Bảo mật và Xác thie: Signaling dong vai tro quan trọng trong việc bảo mật và xác thực người dùng Các thông điệp sipnaling được sử dụng để trao đổi thông tin xác thực và khóa đề đảm bảo rằng chỉ các thiết bị và người dùng được ủy

quyền mới có thế truy cập vào mạng

Quản lý Cuộc Gọi: Signaling được sử dụng để quản lý các cuộc gọi di động bao gom cudc goi di, cudc gol đến, cuộc go cho, chuyén tiếp Cuộc øQI và cuộc

gọi hội nghị Các thông diép signaling diéu khién qua trình này và đảm bảo rằng các cuộc goi duoc xu lý đúng cách

Tóm lại, signaling dong vai trd quan trong trong việc điều khiển, quản lý và thực hiện các dịch vụ và chức năng trong mạng di động Sự kết hợp giữa control sienaling và user signaling giúp đảm bảo rằng các cuộc gọi và dịch vụ di động được thực hiện một cách ổn định và hiệu quả

4 Các Loại Tín Hiệu trong Hệ thống Di động

Tin hiéu Control:

-Tin hiéu Paging (Tin hiệu Gọi): Được sử dụng để gửi thông điệp từ trạm cơ sở đến thiết bị di động để thông báo về cuộc got hoac tin nhan dén

-Tin higu Access (Tin hiệu Truy cập): Được sử dụng để thiết lập và xác thực kết nỗi gitra thiét bi di dong va hé thong mang

-Tin higu Handover (Tin hiéu Chuyén giao): Duge str dung dé chuyén giao két nối từ một trạm cơ sở sang trạm cơ sở khác mà không làm gián đoạn cuộc gọi hoặc dịch vụ

Cách tín hiệu control được tạo ra, truyền tải và xử lý: Tín hiệu control thường được tạo ra bằng cách mã hóa thông điệp vào dạng số hoặc điện từ Sau đó, các tín hiệu này được truyền tải qua mạng di động sử dụng các kênh điều chế và

truyền dẫn Tại thiết bị đích, tín hiệu được giai ma va xu ly để đưa ra hành động

phù hợp, chăng hạn như thiết lập kết nối hoặc chuyền giao kết nối

Tín hiệu Người dùng (User Signaling):

-Tín hiệu thoại (Voice Signal): Được sử dụng để truyền tải âm thanh trone cuộc gọi thoại giữa các thiết bị đi động

-Tín hiệu đữ liệu (Data Signal): Được sử dụng đề truyền tải dữ liệu kỹ thuật số như tin nhắn văn bản, hình ảnh, video và truy cập Internet

-Tin hiệu điều khién nguoi ding (User Control Signal): Duge str dung dé kiém soát và quản lý các dịch vụ người dùng như kích hoạt cuộc gọi chờ, chuyến tiếp cuộc gọi và chặn cuộc gol

Cách tín hiệu người dùng được tạo ra, truyền tải và xử lý: Tín hiệu người dùng thường được tạo ra bằng cách chuyên đổi đữ liệu âm thanh hoặc kỹ thuật số

thành dạng tín hiệu phù hợp Sau đó, các tín hiệu này được modul hóa và truyền tải qua mạng di động sử dụng các phương tiện truyền dẫn phủ hợp Tại thiết bị đích, tín hiệu được giải modul hóa và xử ly để trích xuất dữ liệu sốc và thực hiện các hành động tương ứng, chẳng hạn như phát lại âm thanh hoặc hiển thi tin

nhăn

5 Quá trình Kết Nỗi và Quản lý Tín Hiệu

Quá trình Kết Nối: Quá trình bắt đầu khi một người dùng di động khới động cuộc

gọi Thiết bị di động gửi yêu cầu kết nối tới trạm cơ sở (BTS - Base Transceiver Station) trong phạm vi phủ sóng của nó Trạm cơ sở tiếp nhận yêu cầu và tiến

hành xác thực người dùng Sau khi xác thực thành công, trạm cơ sở gửi xác nhận

kết nối và yêu cầu tài nguyên mạng cho hệ thống mạng trung tâm Hệ thông

mang trung tam (MSC - Mobile Switching Center) phan héi bằng cách thiết lập kết nối với thiết bị di động và thiết lập cuộc gọi với người nhận

Quá Trình Truy Cập Dịch Vụ: Người dùng di động có thể khởi động yêu cầu truy cập dịch vụ như gửi tin nhắn, truy cập Internet, hoặc thực hiện cuộc gọi video

Hệ thông mạng xác thực yêu cầu của người dùng và cung cấp xác nhận Nếu yêu cầu được chấp nhận, hệ thống mạng sửi thông điệp xác nhận và cung cấp tài

nguyên cần thiết cho dịch vụ Hệ thống mạng thiết lập kết nối và cung cấp dịch

vụ cho người dùng Dịch vụ được thiết lập và kết nối được tạo ra piữa thiết bị di động và các nút mạng cụ thê

Quản Lý Tín Hiệu: Hệ thống mạng kiểm soát tải nguyên mạng như băng thông, tần số và công suất truyền tải để đảm bảo rằng các cuộc øọi và dịch vụ di động được phục vụ một cách hiệu quả Tín hiệu control được sử dụng để điều khiển quá trình kết nối và kết thúc cuộc sọi hoặc dịch vụ khi cần thiết Hệ thống mạng quản lý băng thông và điều tiết lưu lượng dữ liệu để đảm bảo rằng mạng hoạt

động một cách mượt mà và hiệu quả

6 Thách Thức và Tiềm Nang trong Signaling

Thách Thức trong Signaling:

-Tăng Cường Bảo mật: Với sự phát triển của các công nghệ mới như 5G và

Internet of Thines (IoT), bảo mật trở thành một thách thức quan trong trong việc quan ly signaling Can phai dam bao rang cac thông điệp signaling được mã hóa

va bao vé dé ngăn chặn các cuộc tấn công và lừa đảo

-Quản Lý Lưu Lượng Tăng: Sự g1a tăng không ngừng của lưu lượng đữ liệu di động đòi hỏi các hệ thống signaling phải có khả năng mở rộng để xử lý số lượng lớn các yêu cầu kết nối và dịch vụ một cách hiệu quả và linh hoạt

-Đa dịch vụ và Đa Nền tảng: Với sự phát triển của dịch vụ di động đa dạng và sự

đa nền tảng của mạng di động, các giao thức signaling phai co kha nang hỗ trợ nhiều dịch vụ vả nên tảng khác nhau một cách hiệu quả

-Quản Lý Tài Nguyên Mạng: Tài nguyên mạng như băng thông, tần số và công suất truyền tải cũng đang phải đối mặt với áp lực tăng lên Quản lý tài nguyên

mạng một cách hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của người dùng là một thách thức

lớn

Tiềm Năng trong Phát Triên Công Nghệ Signaling:

-Sử Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo (AI) và Hoc May (Machine Learning): AI và

Machine Learning có thể được áp dụng đề phân tích và dự đoán lưu lượng mang, cải thiện quản lý tài nguyên mạng và tăng cường bảo mật bằng cách phát hiện và

ngăn chặn các hành vị độc hại

-Áp Dụng Công Nghệ Cloud và Virtualization: Sử dụng các giải pháp cloud và

virtualization giúp tăng khả năng mở rộng và linh hoạt của hệ thống signaling, giam chi phi và đơn piản hóa quản lý tài nguyên

-Phát Triển Giao Thức Hiệu Quả Hơn: Cần nghiên cứu và phát triển các giao

thirc signaling mdi va cải tiễn để đáp ứng các yêu cầu của mạng di động hiện đại, bao gom cả việc cải thiện hiệu suất, bảo mật và khả năng mở rộng

-Tich Hop và Chuẩn Hóa: Tiếp tục tích hợp các tiêu chuẩn và chuẩn hóa giao

thức siønaling giữa các nhà cung cấp dịch vụ di động khác nhau sẽ giúp tối ưu hóa quản lý tài nguyên mạng và cải thiện tương tác giữa các thiết bị và hệ thông

7 Tiêu chuẩn và Phát triển Tương lai

Trong mang di động, các tiêu chuẩn signaling dong vai tro quan trong trong việc đảm bảo sự kết nối và truy cập dịch vụ hiệu quả Dưới đây là một phân tích

về các tiêu chuân hiện đại và xu hướng phát triển tương lai trong lĩnh vực

signaling:

Tiêu chuân SIenaline Hiện Đại:

-SS7 (Signaling System No 7): Là một trong những tiêu chuẩn signaling cé dién,

SS7 đã được sử dụng rộng rãi trong mạng di động đề điều khiển và quản lý các cuộc gọi và dịch vụ Nó cung cấp các địch vụ như xác thực, thiết lập cuộc øọI, và quản lý tài nguyên mạng

-Diameter: Diameter là một giao thức siønaling tiêu chuẩn cho các dịch vụ di

động IP-based như 3G và LTE Nó cung cấp một cơ chế đề quản lý tài nguyên mạng và xác thực người dùng trong môi trường IP

-SIP (Session Initiation Protocol): SIP là một giao thức signaling phô biến cho

việc thiết lập và quản lý các cuộc gọi và dịch vụ truyền đữ liệu trên mang IP No được sử dụng rộng rãi trone các ứng dụng VolP và video call trên điện thoại di động